Die Geheimnisse der Weltraumzucht enthüllen: Wenn ein Samen durch Zufall von einem kosmischen Teilchen getroffen wird …

Was ist anders an Samen, die im Weltraum waren? Können im Weltraum gezüchtete landwirtschaftliche Produkte gefahrlos verzehrt werden? Das ultimative Ziel ist, Kartoffeln auf dem Mars anzubauen? Liu Lu, Chefwissenschaftler des National Space Breeding Project, enthüllt die Geheimnisse>>

Geschrieben vom Reporter Lv Bingxin. Herausgegeben von Ji Jingjing

Redakteur für Neue Medien/Li Yunfeng

Fotos bereitgestellt von Liu Luxiang (außer denen mit Unterschrift)

Interviewexperten

Liu Luxiang (stellvertretender Direktor des Instituts für Pflanzenwissenschaften der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften, leitender Wissenschaftler der Nationalen Abteilung für Weizenindustrietechnologie, leitender Wissenschaftler des Nationalen Weltraumzuchtprojekts und Direktor des Nationalen Zentrums für die Verbesserung der Weltraummutagenesetechnologie für Nutzpflanzen)

Vor Kurzem ist die Besatzung von Shenzhou 13 nach einer 183-tägigen Mission im Weltraum sicher zur Erde zurückgekehrt. Die drei Astronauten kehrten außerdem mit 12.000 Samen nach Hause zurück.

Warum so viele Samen auf eine Reise ins All mitnehmen? Von einem Samen, der glücklicherweise von einem kosmischen Teilchen getroffen wurde, bis hin zur Züchtung einer neuen Sorte durch „Überwindung aller Hindernisse“; Welche Rolle hat die Weltraumzucht gespielt, von der Innovation von Keimplasma-Ressourcen zur Unterstützung der landwirtschaftlichen Produktion bis hin zur Bereicherung der Tische der Menschen?

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Ein Samen, der von einem glücklichen kosmischen Teilchen getroffen wurde

„Nahrung ist das wichtigste Bedürfnis des Menschen“ wird oft verwendet, um die Bedeutung von Nahrung im Leben der Menschen zu beschreiben. Durch die Luft- und Raumfahrtzucht hat der Begriff „Nahrung“ nun eine neue Bedeutung bekommen.

Bei der Weltraumzüchtung, auch als Weltraummutagenese-Züchtung bekannt, handelt es sich um den Prozess, bei dem Saatgut oder Setzlinge im Reagenzglas auf ein zurückkehrendes Raumfahrzeug oder eine Raumkapsel aufgebracht werden. Dabei werden die kombinierten mutagenen Effekte der besonderen Umgebungen des Weltraums wie kosmische Strahlung, Mikrogravitation und Hochvakuum ausgenutzt, um genetische Mutationen in den Organismen selbst hervorzurufen. Anschließend werden die Samen wieder an Land gebracht und über viele Generationen hinweg von wissenschaftlichen Forschern geprüft und kultiviert, um neue Sorten mit stabilen Eigenschaften zu entwickeln.

Genau wie Astronauten werden auch Samen sorgfältig ausgewählt, bevor sie ins All geschickt werden, und nur diejenigen, die die Anforderungen erfüllen, können eine „Eintrittskarte“ erhalten. Liu Luxiang führte aus, dass Saatgut, das in den Weltraum geschickt werden kann, über hervorragende Gesamteigenschaften, gleichbleibende genetische Stabilität, starke Vitalität und eine hohe Keimrate verfügen muss.

Da Mutationen in Samen nach der Vermehrung zufällig auftreten, müssen Züchter ihre Screening-Ziele zudem im Voraus klar identifizieren. Beispielsweise weisen bestehende Saatgutsorten eine gute Gesamtleistung auf, der Nachteil besteht jedoch darin, dass die Pflanzen zu groß werden und leicht umfallen, was zu geringeren Erträgen führt. Nachdem diese Charge vorhandener Samen einer Weltraummutagenese unterzogen wurde, können daher kleinere Pflanzen für den Anbau ausgewählt werden.

▲ Weltraummutagenese-Züchtungstechnologieprozess. (Fotoquelle: Farmers Daily)

Welche Veränderungen werden also mit den Samen geschehen, nachdem sie in den Himmel aufgestiegen sind? Woher wissen Sie, welcher Samen sich geändert hat?

Liu Luxiang sagte, dass Samen nach ihrer Reise durch den Weltraum eine Reihe von Veränderungen durchlaufen. So ist beispielsweise das Wachstum von Weizensetzlingen nach einem Weltraumflug deutlich beschleunigt, während das Wachstum von Sorghumsetzlingen nach der Rückkehr aus dem Weltraum deutlich gehemmt ist. „Aber nicht jeder Samen wird sich ändern. Nur ein paar Tausendstel oder sogar Zehntausendstel können sich ändern“, sagte Liu Luxiang.

Im Jahr 2006 wurde der erste Weltraumzuchtsatellit meines Landes, „Practice 8“, nicht nur mit einer großen Anzahl von Samen, sondern auch mit einer Reihe von Spezialgeräten zur Erforschung der Weltraumumgebung ausgestattet. Darunter befand sich eine spezielle Ausrüstung - sogenannte Nuklearspurplatten, mit deren Hilfe festgestellt werden kann, ob Samen von kosmischen Partikeln getroffen wurden. Liu Luxiang stellte vor, dass die Kernspurplatte eine „Sandwich“-Struktur sei, mit dem Samen in der Mitte und Kernlatexmaterial auf beiden Seiten. Nach der Rückkehr zur Erde durch den Weltraum kann die nukleare Spurplatte zu Testzwecken herausgenommen werden, um die Samen zu unterscheiden.

„Bei der Betrachtung des lichtempfindlichen Films unter dem Mikroskop erscheint auf einigen Samen ein heller Fleck wie ein ‚Torpedo‘.“ Liu Luxiang sagte, es sei sicher, dass der Samen zufällig von einem kosmischen Teilchen getroffen wurde.

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Durchleben von „Neunundneunzig Einundachtzig Trübsalen“

In der Lobby des Instituts für Pflanzenbauwissenschaften der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften sind Reihen von Weltraumsamen in durchsichtigen Gefäßen ausgestellt. Weizensorten wie Luyuan 502, Hangmai 247, Hangmai 501, „Zhonglv“-Mungbohnensorten wie Zhonglv Nr. 12 und Zhonglv Nr. 13 … alle Arten von landwirtschaftlichen Produkten sind erhältlich.

▲Nahaufnahme des Ohrs von Hangmai 247

„Dies sind neue Sorten, die durch Weltraummutagenese oder in Kombination mit konventioneller Züchtung gezüchtet wurden“, erklärte Liu Luxiang. Gleichzeitig stellte er klar, dass viele Menschen fälschlicherweise davon ausgehen, dass alles, was im Weltraum war, ein Weltraumsamen ist, was jedoch nicht der Fall ist. „Die Reise ins All ist nur der erste Schritt. Wir müssen auch beobachten, ob sich die Gene des Saatguts verändert haben, ob die überlegenen mutierten Pflanzen mit veränderten Genen „glücklich“ ausgewählt werden können, und dann Reproduktions- und Mehrpunkttests usw. durchlaufen, und schließlich können diejenigen, die die Genehmigung des Zulassungsausschusses für Pflanzensorten erhalten, als Weltraumsaatgut bezeichnet werden.“

Liu Luxiang sagte, dass es mindestens 8 bis 10 Jahre dauern würde, reifere Sorten zu züchten. Zunächst durchlaufen die Züchter einen vier- bis fünfjährigen Prozess der Variantenprüfung, -stabilisierung und -vergleichung. Danach folgen 4–5 Jahre vorgeschriebener Maßnahmen, nämlich 2 aufeinanderfolgende Jahre Sortenvergleichsprüfungen, aufgestockt auf 2 Jahre regionale Sortenprüfungen und 1 Jahr Produktionsprüfungen bei entsprechender Qualifikation.

Während des langen Züchtungsprozesses kann jedes Problem in einer beliebigen Verbindung dazu führen, dass alle bisherigen Bemühungen umsonst waren. Liu Luxiang sagte, dass in einem bestimmten Jahr eine besondere Krankheit auftreten könnte und alle bisherigen Bemühungen umsonst gewesen wären. Die Züchtung ist sehr schwierig. Jeder Aspekt muss den Test bestehen, einschließlich Ertrag, Resistenz, Qualität und Marktwert. Während des Versuchs kann eine große Anzahl von Sorten eliminiert werden. Nur diejenigen, die die Sortenzulassung bestehen, werden als Weltraumsaatgut bezeichnet, was ein sehr kleiner Anteil ist.

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Im Weltraum gezüchtete landwirtschaftliche Produkte sind unbedenklich

Erst nachdem alle Schwierigkeiten überwunden sind, können die Weltraumsamen endlich auf den Tischen der einfachen Leute landen. Kürbisse so groß wie Mühlsteine, Paprikaschoten größer als Fäuste, lagerbeständiger Weltraumweizen, große und süße Weltraumerdbeeren, Paprikaschoten mit höherem Vitamingehalt … haben die Geschmacksknospen der Chinesen enorm bereichert. „Beim Anbau von Weltraumsaatgut achten die Züchter nicht nur auf den Ertrag, sondern auch auf hervorragende Eigenschaften wie verbesserte Qualität und Nährwert“, sagte Liu Luxiang.

▲Chinas erste neue Paprikasorte, gezüchtet durch rauminduzierte Mutationszüchtung

Manche Menschen machen sich Sorgen: Kann die Sicherheit der im Weltraum angebauten landwirtschaftlichen Produkte gewährleistet werden? Gibt es eine Reststrahlung im Weltraum?

Als Antwort darauf sagte Liu Luxiang, dass er 1996 speziell zu diesem Thema eine experimentelle Überprüfung durchgeführt habe. Die Weizensamen, die vom 17. rückholbaren Satelliten meines Landes mitgeführt wurden, wurden 48 Stunden lang ununterbrochen mit professionellen Instrumenten und Geräten getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass die im Weltraum geflogenen Samen im Vergleich zur Bodenkontrollgruppe keine Zunahme radioaktiver Bestandteile aufwiesen. Mit anderen Worten: Die Weltraummutagenese ist im Wesentlichen dasselbe wie der Mutationsprozess der natürlichen Evolution über Milliarden von Jahren in der Natur und kann bedenkenlos konsumiert werden.

▲ Die Yufan-Tomate Nr. 1 ist die erste neue Tomatensorte, die in China durch rauminduzierte Mutationszüchtung gezüchtet wurde

Ebenso können landwirtschaftliche Produkte, die mithilfe bodengestützter Technologien der simulierten Weltraummutagenese und der nuklearen Strahlungsmutagenese gezüchtet wurden, bedenkenlos verzehrt werden. Da die Möglichkeiten für Weltraumexperimente begrenzt sind, nutzen Züchter Hochenergiebeschleuniger und Kernstrahlungstechnologie auf der Erde, um die Einschränkungen der Weltraumzucht auszugleichen und durch mehrere Experimente pro Jahr die Züchtung neuer Sorten zu erreichen und so eine Samenmutagenese durchzuführen.

Liu Luxiang sagte: „Dies gibt uns mehr Möglichkeiten, Experimente durchzuführen, größere Mengen an Saatgut zu verarbeiten und kontinuierliche Verbesserungen vorzunehmen.“ In den letzten Jahren leitete Liu Luxiang ein nationales Forschungsteam, das diese neuen Technologien nutzte, um eine Reihe neuer Sorten von Getreide, Ölpflanzen, Gemüse, Baumwolle usw. anzubauen. „Alles davon kann ohne Bedenken genossen werden.“

(Bild aus dem Internet)

Darüber hinaus können manche Menschen den Zusammenhang zwischen Weltraumzucht und genetischer Veränderung nicht unterscheiden. Liu Luxiang erklärte, dass genetische Modifikation die künstliche Einführung von Genen mit bestimmten hervorragenden Eigenschaften in Pflanzen ist, um deren Gesamteigenschaften zu verändern. Mittlerweile ist sie eine der modernsten biologischen Zuchttechnologien der Welt. Bei der Weltraumzucht wird die Weltraumumgebung genutzt, um die genetische Mutation der Samen selbst zu beschleunigen, die Reichweite zu erweitern und die Häufigkeit zu erhöhen.

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Schaffen Sie reichhaltige Keimplasma-Ressourcen für die landwirtschaftliche Produktion

Tatsächlich ist die Weltraumzucht nicht nur mit den Esstischen der Menschen verbunden, sondern auch mit der Ernährungssicherheit des Landes. Saatgut ist die Grundlage der landwirtschaftlichen Modernisierung. Saatgut ist der „Chip“ der Landwirtschaft. Derzeit ist die landwirtschaftliche Züchtung in meinem Land mit dem Problem eines Mangels an Keimzellenressourcen mit unabhängigen geistigen Eigentumsrechten konfrontiert, was die schnelle Entwicklung der Agrarwirtschaft ernsthaft einschränkt. Die Weltraumzucht als neuer Hightech-Zuchtansatz, der Luft- und Raumfahrttechnologie, Biotechnologie und landwirtschaftliche Zuchttechnologie kombiniert, spielt eine wichtige Rolle bei der Innovation von Keimplasma-Ressourcen und beim „Festhalten an Chinas Saatgut“.

Im Vergleich zur konventionellen bodenbasierten Mutagenese-Züchtung bietet die Luftzüchtung die Vorteile von mehr Mutationen, größerer Variation und schnellerer Stabilisierung. Es handelt sich um eine neue Methode zur Züchtung neuer Sorten und neuer Keimplasmaressourcen für ertragreiche, qualitativ hochwertige, früh reifende und krankheitsresistente Nutzpflanzen. Durch Weltraummutagenese wird der Mutationsprozess von Nutzpflanzensamen beschleunigt, der Zuchtzyklus verkürzt und Zuchtmaterialien angereichert.

Im Jahr 1987 schickte der neunte wiederherstellbare wissenschaftliche Versuchssatellit meines Landes zum ersten Mal eine Ladung Saatgut in den Weltraum. Während des Experiments entdeckten Wissenschaftler zufällig, dass in sehr wenigen Samen, die in den Weltraum geschickt worden waren, einige genetische Mutationen aufgetreten waren, was den Auftakt zur Weltraumzucht darstellte. Zhao Hui, ehemaliger Chefingenieur und Vorsitzender der Aerospace Biology Group der China Academy of Space Technology, stellte einmal fest, dass beim Start eines Satelliten der Schwerpunkt des Satelliten vertikal sein müsse. Um dieses Problem zu lösen, ist es notwendig, dem Satelliten Gegengewichte hinzuzufügen. Wenn das Gegengewicht des Satelliten durch etwas mit gleichem Gewicht und Volumen ersetzt wird, das ebenfalls einen Zweck erfüllt, beispielsweise ein Versuchsgerät, können Weltraumressourcen genutzt werden. Tatsächlich ist aus dieser Idee heraus der Weltraumtransport entstanden.

Im Jahr 2006 war Liu Luxiang als leitender Wissenschaftler des National Space Breeding Engineering Project für die Hauptzuchtarbeiten von „Practice 8“ verantwortlich, dem einzigen Zuchtsatelliten meines Landes und sogar der Welt. „Praxis Nr. 8“ führt mehr als 2.000 Arten von Reis, Weizen, Mais, Baumwoll- und Leinenfasern, Ölpflanzen, Gemüsepflanzen, Forst- und Obstblumen, mikrobiellen Stämmen und Kleingetreide sowie etwa 208 Kilogramm Saatgut und trägt damit reichhaltig zur Züchtungsforschung meines Landes bei.

Von 1987 bis heute hat mein Land mehr als 30 Jahre lang Erkundungen und systematische Forschungen mit Hilfe von bergbaren Satelliten, der Raumsonde Shenzhou und anderen Raumfahrzeugen durchgeführt. Die Weltraumzüchtung hat international eine führende Position eingenommen und sehr wichtige Ergebnisse erzielt. So wurden fast 300 neue Sorten gezüchtet und enorme soziale und wirtschaftliche Vorteile geschaffen.

„Was die Förderung und Anwendung betrifft, gibt es etwa 30 bis 50 Millionen Mu an neuen Sorten, die durch Weltraummutagenese-Technologie oder die Kombination von Weltraummutagenese und anderen Züchtungstechnologien gezüchtet wurden. Ausgehend von einer durchschnittlichen Steigerung von 20 Kilogramm pro Mu sind die sozialen und wirtschaftlichen Vorteile, die durch die erhöhte Getreideproduktion entstehen, sehr bedeutend“, erklärte Liu Luxiang den Reportern stolz.

Was die Industrialisierung der Weltraumzucht angeht, glaubt Liu Luxiang, dass sich diese nicht groß von der Industrialisierung der Züchtung neuer Sorten mit anderen Züchtungsmethoden unterscheiden dürfte. Die wichtigste Aufgabe besteht darin, die Eigenschaften der Sorten herauszufinden und gute Sorten und gute Methoden in den entsprechenden Bereichen zu kombinieren, um die Förderung und den Nutzen des Gebiets zu maximieren.

▲Luyuan 502 Einzelpflanze

Die Weizensorte mit dem derzeit größten Fördergebiet der Luft- und Raumfahrtzüchtung in meinem Land ist Luyuan 502, die gemeinsam von Liu Luxiangs Team und Li Xinhuas Team von der Shandong Academy of Agricultural Sciences gezüchtet wurde. Aufgrund seines hervorragenden hohen Ertrags, seiner stabilen Erträge und seiner breiten Anpassungsfähigkeit überstieg die Förder- und Anwendungsfläche im Jahr 2018 20 Millionen Mu, was ihn zur zweitgrößten Sorte des Landes macht. Der Ertragssteigerungseffekt ist sehr signifikant und das Produkt gewann 2019 den zweiten Preis des National Science and Technology Progress Award.

„Wenn sich die Landwirte für den Anbau von Luyuan 502-Weizen entscheiden, werden sich Ertrag und Nutzen bei gleicher Anbaufläche und gleichem Input effektiv verbessern“, sagte Liu Luxiang.

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Das ultimative Ziel: Kartoffelanbau auf dem Mars?

Es heißt, das ultimative Ziel der Weltraumzucht sei nicht die Erde, sondern die Verwirklichung des Wunsches, „Kartoffeln auf dem Mars anzubauen“.

Als Antwort darauf sagte Liu Luxiang, dass „Kartoffelanbau auf dem Mars“ und Weltraumzucht eigentlich zwei verschiedene Ziele und Richtungen seien. Bei der Weltraumzüchtung wird die Weltraumumgebung genutzt, um Mutationen im Saatgut hervorzurufen. Ziel ist es, den Menschen auf der Erde zu dienen und Nutzpflanzensorten mit höheren Erträgen, besserer Qualität und größerer Stressresistenz zu züchten. während der „Kartoffelanbau auf dem Mars“ ein Weltraum-Lebenserhaltungssystem für die Menschheit darstellt, mit dem sie ihre Träume vom Weltraum verwirklichen und die Kommandohöhen für zukünftige langfristige Aufenthalte und wissenschaftliches und technologisches Leben im Weltraum erobern kann.

Tatsächlich begannen sowjetische und amerikanische Wissenschaftler bereits Ende der 1950er und Anfang der 1960er Jahre, mithilfe verschiedener Raumfahrzeuge Experimente an Hunderten von Pflanzen durchzuführen. Einige von ihnen haben sogar ihren gesamten Lebenszyklus im Weltraum abgeschlossen und frische Nahrungsmittelvorräte produziert. Am 29. Oktober 2021 probierten Astronauten auf der Internationalen Raumstation Weltraumpaprika mit einem viermonatigen Wachstumszyklus und stellten selbst Weltraumtortillas her. Die restlichen Paprikaschoten wurden zu Forschungszwecken zur Erde zurückgebracht. Es wird berichtet, dass dies eines der bislang komplexesten Pflanzenexperimente auf der Internationalen Raumstation ist und dass die Bewältigung der Herausforderungen beim Anbau von Obst und Gemüse in einer Umgebung mit Mikrogravitation für langfristige Weltraummissionen von großer Bedeutung ist.

Zhao Hui sagte einmal, dass mein Land im Zuge der Umsetzung bemannter Weltraumprojekte und Programme zur Erforschung des Weltraums begonnen habe, das Wachstum und die Entwicklung höherer Pflanzen auf der Erde im Weltraum zu untersuchen, um ein kontrolliertes Weltraumökosystem zu schaffen und den Menschen die Gewinnung von Sauerstoff, Wasser und Nahrungsquellen im Weltraum zu ermöglichen. Unter anderem ist es Astronauten im Labor „Tiangong-2“ gelungen, grünen Salat anzubauen.

2022 ist das Jahr der entscheidenden Schlacht und des Sieges beim Bau der Raumstation meines Landes. Nach Angaben des China Manned Space Engineering Office wird der Bau der chinesischen Raumstation im Orbit dieses Jahr abgeschlossen sein. Derzeit wurde die Astronautenbesatzung für zwei bemannte Flugmissionen während der Bauphase der Raumstation ausgewählt. In Zukunft wird Chinas Raumstation für lange Zeit bewohnt sein, um dort zu leben, zu arbeiten und mehr wissenschaftliche Forschung zu betreiben.

Ob „Marskartoffeln“ oder „Weltraumsaatgut“: Die Züchtungstechnologie für die Luft- und Raumfahrt entwickelt sich in Richtung höherer Qualität und höherem Niveau. Zusammen mit anderen Züchtungstechnologien wird es den „landwirtschaftlichen Kern“ unseres Landes stärken, gutes „chinesisches Saatgut“ hervorbringen und ein neues Wunder des „chinesischen Getreides“ schaffen.

Produziert von: Science Central Kitchen

Produziert von: Beijing Science and Technology News | Pekinger Wissenschafts- und Technologiemedien

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